Top 5 des plastiques FDM de qualité industrielle pour une performance optimale

Le dépôt de filament fondu (FDM) est une technologie d'impression 3D simple et polyvalente qui utilise du matériau thermoplastique fondu pour créer une pièce finie. Pendant ce processus, le matériau FDM thermoplastique est fondu à l'intérieur de la buse d'impression chauffée de la machine FDM et ensuite extrudé sur une trajectoire d'outil définie, couche par couche, jusqu'à ce que la pièce soit formée. Le FDM est l'un des procédés de fabrication additive les plus largement utilisés disponibles aujourd'hui.

Une idée reçue courante est que le FDM ne peut être utilisé que pour le prototypage et la modélisation 3D. En fait, le FDM est souvent utilisé pour créer des pièces industrielles à haute performance dans les industries aérospatiale, automobile, robotique et électronique. Les exemples courants incluent les composants intérieurs d'avion, les pièces de rechange pour voitures, et les gabarits et outillages de qualité industrielle. La fabrication de ces pièces haute performance ne serait pas possible sans l'utilisation de plastiques haute performance. Voici tout ce que vous devez savoir sur cinq des matériaux les plus performants utilisés dans le processus FDM.

1. ULTEM® PEI

ULTEM®, le nom de marque pour le polyétherimide (PEI), est un pilier de l'industrie manufacturière depuis plus de 30 ans et reste l'une des rares résines thermoplastiques amorphes commercialement disponibles spécialement conçues pour résister à des conditions extrêmes. Stable et léger, ce matériau FDM peut résister à des températures supérieures à 217 °C pendant de longues périodes et rester stable dans des températures fluctuantes. De plus, il est intrinsèquement résistant à la flamme et produit un minimum de fumée.

Les spécifications mécaniques d'ULTEM incluent :

• Résistance à la traction à la rupture (73 °F) : 15 200 psi
• Résistance à la flexion (73 °F) : 22 000 psi
• Allongement à la rupture (73 °F) : 60 %
• Point de fusion : 426 °F

En raison de sa force et de sa durabilité, ULTEM® est souvent utilisé pour des applications industrielles haute performance comme les circuits imprimés et les équipements de préparation et stérilisation alimentaire. Aussi, comme il résiste à la fissuration au contact des graisses, huiles, alcools, acides et autres solutions aqueuses, ULTEM® est idéal pour les applications automobiles et les pièces d'avion.

On trouve ULTEM® dans les composants de transmission, les bloqueurs de feu, les housses de sièges d'avion, et plus encore. Pour toutes ses forces, les équipes produit devraient savoir que ce matériau FDM est très cher et sensible à la fissuration en présence de solvants chlorés polaires.

2. Nylon 6

Les nylons sont une famille de thermoplastiques d'ingénierie haute performance connus pour offrir une excellente force et rigidité sans compromettre la performance aux chocs. Ce matériau FDM peut être combiné avec une large gamme d'additifs différents pour atteindre certaines propriétés chimiques et mécaniques, le rendant extrêmement polyvalent et applicable à de nombreux cas d'usage différents. Le Nylon 6, un filament traitable et hautement élastique, est particulièrement bien adapté aux applications FDM industrielles.

Le Nylon 6 a une haute résistance à haute température, une bonne résistance aux chocs à basse température, et une bonne résistance à la fatigue. De plus, ses fibres de surface lisses et vitreuses offrent une résistance à l'abrasion exceptionnelle. Les applications courantes incluent les cordons industriels, les moulages électriques, les composants de systèmes de carburant, et les remplacements pour roulements ou bagues en métal. Les spécifications mécaniques pour le Nylon 6 non renforcé incluent :

• Résistance à la traction : 76 MPa
• Résistance à la flexion : 110 MPa
• Dureté : 116, Rockwell R
• Température de fusion : 428 °F (220 °C)

3. Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)

L'ABS est un thermoplastique d'ingénierie haute performance solide, rigide et résistant aux chocs. Les ingénieurs et équipes produit aiment travailler avec ce matériau car il reste mécaniquement fort et stable dans le temps, sans compromettre la travaillabilité. L'ABS est très soudable et facile à traiter en utilisant des machines standard, plus sa basse température de fusion le rend particulièrement bien adapté au traitement sur une machine FDM. Les concepteurs aiment la haute brillance de surface et l'excellent aspect de surface de l'ABS.

Spécifications mécaniques pour l'ABS incluent :

• Allongement à la rupture : 10 – 50 %
• Résistance à la traction à la rupture : 29,8 – 43 MPa
• Résistance à la traction au rendement : 29,6 – 48 MPa
• Module de flexion : 1,6 – 2,4 GPa

Pourtant, ce matériau FDM a ses inconvénients. Même si l'ABS est résistant à l'abrasion et aux chocs, il a une mauvaise résistance aux intempéries et se raye facilement. Il a aussi une mauvaise résistance aux solvants pour les cétones et les esters. Certaines graisses feront fissurer l'ABS sous contrainte. Si vous pouvez contourner ces points douloureux, cependant, vous vous retrouverez avec un matériau FDM solide pour les applications industrielles. Les utilisations courantes incluent les raccords de tuyaux, les pièces auto et les boîtiers électroniques.

4. Polycarbonate (PC)

Le polycarbonate est une résine thermoplastique amorphe d'ingénierie haute performance. Plus fort que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et plus rigide que le nylon, ce plastique FDM est durable et connu pour maintenir sa coloration et sa force dans le temps et dans des conditions stressantes.

Le PC est léger, résistant à l'abrasion, intrinsèquement retardateur de flamme, et thermiquement stable jusqu'à 135 °C. Il est également résistant aux acides dilués, aux hydrocarbures aliphatiques et aux alcools. Cependant, il vaut la peine de noter que le PC est sensible aux nettoyants alcalins abrasifs et aux hydrocarbures aromatiques et halogénés.

D'un point de vue conception, le PC offre également aux concepteurs beaucoup de flexibilité. Ce matériau est hautement transparent, peut transmettre 90 % de la lumière aussi bien que le verre, et le polycarbonate clair a un indice de réfraction de 1,584. Les feuilles de PC sont également disponibles dans une variété de teintes différentes qui conviendront à toute esthétique. Pour garder le matériau FDM transparent cristallin, les concepteurs devraient surveiller le jaunissement après une exposition prolongée à la lumière UV. Les applications courantes pour ce matériau FDM incluent les casques de sécurité, le verre pare-balles, les lentilles de phares de voiture, les dispositifs médicaux et les composants électriques.

Spécifications mécaniques pour le polycarbonate incluent :

• Résistance à la traction : 9 500 psi
• Module de flexion : 345 000 psi
• Température de fléchissement sous charge à 264 psi : 270 °F
• Coefficient de dilatation thermique linéaire : 3,8 in/in/°Fx10-5

5. Polyphénylsulfone (PPSF)

Comme le polycarbonate, le PPSF est un matériau FDM dur, transparent et intrinsèquement retardateur de flamme. Avec une température de fléchissement sous charge de 274 °C et une température d'utilisation continue de 260 °C, le PPSF est idéal pour les pièces plastiques haute performance qui seront utilisées dans des environnements à haute température comme les disjoncteurs et les intérieurs d'avion.

Le PPSF a aussi de bonnes propriétés d'isolation électrique et diélectriques, une haute résistance aux rayons gamma, et un taux d'absorption d'eau très bas. Ce matériau est aussi physiologiquement inerte, donc il est approprié pour le contact alimentaire.

Spécifications mécaniques incluent :

• Résistance à la traction à la rupture : 75,8 – 76 MPa
• Allongement à la rupture : 30 – 90 %
• Module de flexion : 2,38 – 2,41 GPa
• Rigidité diélectrique : 14,2 – 20 kV/mm

Il vaut la peine de noter que le PPSF, comme ULTEM®, pourrait être prohibitivement cher pour certaines équipes produit. De plus, sa faible clarté peut restreindre certains paramètres de conception.

Choisir les bons plastiques FDM pour votre prochain projet

Le dépôt de filament fondu est un procédé de fabrication additive polyvalent bien adapté pour le prototypage, la modélisation et les pièces industrielles haute performance. ULTEM® (PEI), nylon, ABS, polycarbonate et PPSF sont tous des matériaux d'impression 3D FDM qui ont la force et la résistance à la chaleur pour tenir face à une gamme d'applications haute performance à travers de nombreux secteurs.

Pourtant, ces cinq matériaux d'impression FDM ne sont que la pointe de l'iceberg. Il y a beaucoup d'autres plastiques haute performance à choisir et il est facile pour les équipes produit de se sentir submergées par une mer d'options. Travailler avec un partenaire de fabrication expérimenté rend la sélection des matériaux FDM beaucoup plus facile.

L'équipe de Fast Radius a des années d'expérience avec les technologies d'impression 3D, y compris l'impression 3D FDM. Notre équipe de concepteurs, ingénieurs et technologues chevronnés peut vous aider à choisir le matériau plastique FDM qui est parfait pour votre prochain projet — et aider à optimiser le cycle de vie complet du développement produit. Contactez-nous aujourd'hui pour commencer.

Pour plus d'informations sur quand utiliser le FDM et d'autres technologies de fabrication additive, visitez le centre de ressources Fast Radius.

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